Hydrostatischer Propellerantrieb
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- Dominik Hase
- vor 6 Jahren
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1 Hydrostatischer Propellerantrieb Vor-Auslegung eines hydrostatischen Getriebes für ein eigenstartfähiges Segelflugzeug mit Klapptriebwerk N.E. Thenent Prof. P. Dahmann FH Aachen Fachbereich Luft- & Raumfahrttechnik 25. May 2011 Hydrostatischer Propellerantrieb 1. Segelflugzeuge & Motorsegler 2. Eigenstartfähige Segelflugzeuge 3. Anforderungen 4. Vor- & Nachteile 5. Teststand & Simulation 6. Zusammenfassung & Ausblick FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai
2 1. Segelflugzeuge & Motorsegler in ihrem Element FH Aachen FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Segelflugzeuge & Motorsegler Segelflugzeuge: Startarten FH Aachen FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai
3 1. Segelflugzeuge & Motorsegler Segelflugzeuge: Außenlandung FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Segelflugzeuge & Motorsegler Typen Discus 2ct Heimkehrhilfe DG 1001 T Discus2t Info Brochure Eigenstartfähig ASK 21 Mi Touring G 109 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Author FH Aachen 3
4 2. Eigenstartfähige Segelflugzeuge Triebwerksinstallation ASH 21 Mi ASH 31 Mi ASH 31 Mi ASH 31 Mi Author FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Eigenstartfähige Segelflugzeuge Triebwerksinstallation Leistungsübertragung mit Riementrieb Zahn- oder Mehrfachkeilriemen Position des Motors bestimmt Propellerort Direkte mechanische Verbindung, keine Kupplung DG 1001 M Ausfahren des Propellerturms mittels Spindelantrieb FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai
5 2. Eigenstartfähige Segelflugzeuge Missionsprofil 1800 Leistung & Flughöhe über Flugzeit Flughöhe Leistung Flughöhe [m] Leistung [kw] Zeit [min] FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Anforderungen Motor- & Propellerdaten Max. Motordrehzahl : 7750 U/min Max. Propellerdrehzahl: 3000 U/min Max. Motorleistung: 40,4kW Max. Dauerdrehzahl: 7100 U/min Max. Dauerleistung: 36,5kW Austro Engine Bosch-Rexroth FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai
6 3. Anforderungen Vorläufiges System-Layout Hubvolumen Pumpe: 10 ccm Hubvolumen Motor: 28 ccm Max. Propellerdrehzahl: 2770 U/min Systemdruckdifferenz: ca. 320 bar = 5280 psi Volumenstrom: 76 ltr/min 10ccm 340bar 76ltr/min 28ccm 20bar Leerlaufventil FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Vor- & Nachteile des hydrostatischen Propellerantriebs Flexibilität Motor kann an geeignetstem Ort installiert werden Propellerposition kann in Bezug auf höchsten Vortriebswirkungsgrad & positive flugmechanische Effekte gewählt werden Antares H3 Silent 2 FES E-Genius Author FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai
7 4. Vor- & Nachteile des hydrostatischen Propellerantriebs Flexibilität Motor kann an geeignetstem Ort installiert werden Propellerposition kann in Bezug auf höchsten Vortriebswirkungsgrad & positive flugmechanische Effekte gewählt werden Flugsicherheit Mittels eines Leerlaufkreises kann der Motor bei eingeklapptem Propeller gestartet werden Sinkgeschwindigkeit halbiert sich bei eingeklapptem Propeller! Velocity [km/h] ,00-0,50 Bei Motorversagen wird die Zeit zur Planung einer Außenlandung verdoppelt! FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Sinkrate [m/s] -1,00-1,50-2,00-2,50 Clean Configuration Propellerextended 4. Vor- & Nachteile des hydrostatischen Propellerantriebs Zusätzliche Masse (verglichen mit einem aktuellen Antriebssystem) Minimierung des Fluidvolumens und der Anzahl der Komponenten vorgesehen Keine Beeinflussung 0 der aerodynamischen Leistungsfähigkeit Minimale Sinkgeschwindigkeit nimmt zu Vermindert Flexibilität bei der Zuladung Sinkrate [m/s] Velocity [km/h] ,00-0,25 Zunehmende Masse -0,50-0,75-1,00-1,25-1,50-1,75-2,00 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai
8 4. Vor- & Nachteile des hydrostatischen Propellerantriebs Zusätzliche Masse (verglichen mit einem aktuellen Antriebssystem) Minimierung des Fluidvolumens und der Anzahl der Komponenten vorgesehen Eta total [%] Geringerer Wirkungsgrad als ein mechanisches Getriebe Auslegung auf einen Betriebspunkt möglich n\n Ma 0.8 x [1 ] FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES ] x[ ma 30. Mai p\p Teststand & Simulation Parallele Untersuchungen Simulation mit DSHplus Basissystem Versuchs- & Auswertemethodik Parameteridentifikation Parametervariation Umsetzung des optimalen Parametersatzes Auslegung Teststand Experimente am Teststand (im Aufbau) FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai
9 5. Teststand & Simulation Funktionsschaltbild des Teststands Druckniveau Hydraulische Bremse Volumenstrom Hydrostatisches Getriebe FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Teststand & Simulation Simulationmodel des Teststands FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai DSHplus Screenshot 9
10 5. Teststand & Simulation Teststandsimulation - Ergebnisse Darstellung von Leistungen an unterschiedlichen Stellen im System Visualisierung des Systemverhaltens FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES 30. Mai Teststand & Simulation M [Nm] 500 M=f(V,n) ,0 IAE 50 R-AA: P & M vs. n 50, ,0 49, ,0 48,0 34, ,0 P [kw] 32, ,0 M [Nm] 30, , Nach Austro Engine Produktkatalog 7500 RPM V [km/h] FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES M [Nm] P [kw] , , Poly. (800) Poly. (1000) Poly. (1200) Poly. (1400) Poly. (1600) Poly. (1800) Poly. (2000) Poly. (2200) Poly. (2400) Poly. (2600) Poly. (2800) Poly. (3000) Eta total [%] Maßnahmen zur Verbesserung des Modells n\n [1] M a ax x [1 30. Mai 2011 m20 ] 10 p\p 10
11 6. Zusammenfassung & Ausblick Eigenstartfähige Segelflugzeuge erscheinen für den Einsatz eines hydrostatischen Getriebes zur Leistungsübertragung zwischen Motor und Propeller geeignet Ein vorläufiges System weist einen geschlossenen Kreis und Aggregate mit konstantem Hubvolumen auf Ziel ist ein kompaktes und leichtes hydraulisches Getriebe, wobei der Einsatz nicht auf Motorsegler beschränkt sein soll Erhöht die Auslegungsflexibilität von Motorseglern Erhöht die Flugsicherheit durch Leerlaufschaltung Simulation: Verbesserung der Modellierung Teststand: Abschließen des Aufbaus & Beginn der Experimente Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Gefördert durch: 11
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2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [Nm] 350 330 310 290 270 250 230 210 190 170 150 130 110 90 70 [Nm] 400 380 360 340 320 130 PS 110 PS 85 PS 50 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 RPM [kw] [PS] 100 136 0 4500 90 122
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FORD RANGER 2 3 4 5 1.8 m3 6 7 8 9 10 11 1 4 6 10 9 7 2 8 5 3 12 13 3500kg 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 28 28 29 29 [Nm] 475 [kw] [PS] 180 245 30 450 425 400 375 165 224 150 204 135 184 31 350
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FORD RANGER 2 3 4 5 1.8 m3 6 7 8 9 10 11 3 7 8 5 1 2 4 6 9 10 12 13 3500kg 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 28 28 29 29 [Nm] 475 [kw] [PS] 180 245 30 450 425 400 375 165 224 150 204 135 184 31
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